CHƯƠNG 5: tầng mạng MÔN MẠNG MÁY TÍNH

Chương 5: Tầng Mạng Mục tiêu: • Hiểu nguyên lý đằng sau dịch vụ tầng mạng: – – – – – Mơ hình dịch vụ tầng mạng Định tuyến (lựa chọn đường đi) Định tuyến (router) hoạt động Broadcast, multicast chủ đề nâng cao: IPv6, mobility (read!) • Tìm hiểu số công nghệ kỹ thuật phổ biến Internet 6-1 Chương - Nội dung  Giới thiệu mơ hình dịch vụ mạng  Mạng mạch ảo, datagram  Các nguyên tắc định tuyến  Định tuyến theo thứ bậc  Giao thức IP – Internet Protocol  Các giải thuật định tuyến  Định tuyến Internet  Broadcast, multicast 6-2 Các chức tầng mạng • chuyển gói tin từ trạm nguồn đến trạm đích • giao thức thuộc tầng mạng xuất trạm router • Đơn vị truyền: packet (datagram) Hai chức quan trọng: xác định đường (routing): lộ trình mà gói tin từ nguồn đến đích Các giải thuật định tuyến chuyển tiếp (forwarding): chuyển gói tin từ đầu vào router đến đầu thích hợp • thiết lập kênh truyền ảo: số kiến trúc mạng yêu cầu router phải thiết lập kênh truyền ảo trước liệu truyền application transport network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical network data link physical application transport network data link physical 6-3 Định tuyến chuyển tiếp Giải thuật định tuyến xác định đường từ nguồn tới đích mạng Giải thuật định tuyến Bảng chuyển tiếp header value output link 0100 0101 0111 1001 Bảng chuyển tiếp xác định cổng để chuyển liệu tới đích 2 Header’s value 0111 Network Layer 4-4 Mơ hình dịch vụ mạng Q: Kênh truyền cung cấp mơ hình dịch vụ để chuyển gói tin từ nguồn đến đích? • • • • • đảm bảo dải thông? không bị jitter? phân phát không mát? phân phát thứ tự? phản hồi tình trạng tắc nghẽn cho nơi gửi? Khái niệm trừu tượng quan trọng mà tầng mạng cung cấp: ? ? ? mạch ảo hay datagram liệu? 6-5 Mơ hình cung cấp dịch vụ • Datagram network: cung cấp dịch vụ phi kết nối tầng mạng, xử lý gói tin độc lập • Virtual-Circuit Network: cung cấp dịch vụ kết nối, gói tin xử lý theo luồng • Tương tự TCP/UDP dịch vụ hướng kết nối/ phi kết nối mạng datagram Internet Mạch ảo “đường dẫn từ nguồn đến đích hoạt động giống mạch điện thoại” – thực thi thông minh – mạng tác động dọc theo đường dẫn từ nguồn đến đích • Thiết lập hủy bỏ kênh truyền cho gọi trước liệu luồng • Mỗi gói tin mang định danh kênh ảo (không phải định danh trạm đích) • Mọi router đường dẫn từ nguồn đến đích trì “trạng thái” cho kết nối – kết nối tầng vận chuyển bao gồm hai hệ thống đầu cuối • Các tài nguyên phương tiện truyền, router (bandwidth, buffers) cấp phát cho kênh ảo – để đạt hiệu suất mạng chuyển mạch kênh 6-7 Thực mạng ảo • Một mạng ảo gồm: Path: đường dẫn từ nguồn tới đích VC number: xác định cho kênh ảo thiết lập VC forwarding table: định tuyến • Gói tin mang định danh kênh ảo thay định danh trạm đích • VC number thay đổi đường truyền xuất phát từ bảng đường Bảng chuyển tiếp mạch ảo 22 12 VC number interface number Incoming interface … Incoming VC # 12 63 97 … 32 Outgoing interface Outgoing VC # 3 22 18 17 87 … … VC routers đảm bảo thông tin liên thơng! Mạch ảo: giao thức báo hiệu • sử dụng để thiết lập, trì kết thúc mạch ảo • sử dụng cơng nghệ mạng ATM, framerelay, X.25 • khơng sử dụng Internet ngày application Nhận liệu transport Dữ liệu bắt đầu truyền network Cuộc gọi thiết lập Chấp nhận kết nối data link Khởi tạo gọi Tín hiệu báo kết nối đến physical application transport network data link physical 6-10 Địa IP riêng Dải địa IP Private * 10.0.0.0 - 10.255.255.255 * 172.16.0.0 - 172.31.255.255 * 192.168.0.0 - 192.168.255.255 Private IP addresses kiểu địa sử dụng mạng local bao gồm mạng LANs gia đình, trường học… • Các thiệt bị sử dụng địa IP Private kết nối trực tiếp internet Máy tính bên ngồi khơng thể kết nối trực tiếp với máy tính dải địa IP Private Thay vào đó, truy cập đến thiết bị phải trung gian thiết bị định tuyến tương tự có hỗ trợ Network Address Translation (NAT) 83 Địa IP riêng Dải địa IP Private * 10.0.0.0 - 10.255.255.255 * 172.16.0.0 - 172.31.255.255 * 192.168.0.0 - 192.168.255.255 Private IP addresses kiểu địa sử dụng mạng local bao gồm mạng LANs gia đình, trường học… • Các thiệt bị sử dụng địa IP Private kết nối trực tiếp internet Máy tính bên ngồi khơng thể kết nối trực tiếp với máy tính dải địa IP Private Thay vào đó, truy cập đến thiết bị phải trung gian thiết bị định tuyến tương tự có hỗ trợ Network Address Translation (NAT) 84 Ví dụ hoạt động DHCP client-server A B 223.1.1.2 223.1.1.4 223.1.1.3 223.1.3.1 223.1.2.1 DHCP server 223.1.1.1 223.1.2.9 223.1.3.27 223.1.2.2 223.1.3.2 E DHCP client đến cần địa mạng 6-85 Ví dụ hoạt động DHCP client-server DHCP server: 223.1.2.5 DHCP discover src : 0.0.0.0, 68 dest.: 255.255.255.255,67 yiaddr: 0.0.0.0 transaction ID: 654 arriving client DHCP offer src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 654 Lifetime: 3600 secs DHCP request time src: 0.0.0.0, 68 dest:: 255.255.255.255, 67 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs DHCP ACK src: 223.1.2.5, 67 dest: 255.255.255.255, 68 yiaddrr: 223.1.2.4 transaction ID: 655 Lifetime: 3600 secs 6-86 DHCP 6-87 DHCP – Lấy thông tin mạng khác DHCP – Getting more than the IP Address 6-88 Định tuyến Internet • Internet tồn cầu bao gồm hệ thống tự trị Autonomous Systems (AS) liên kết với nhau: – Stub AS: tập đoàn nhỏ bao gồm kết nối đến AS khác – Multihomed AS: tập đồn lớn (khơng transit): có nhiều kết nối đến ASs khác – Transit AS: nhà cung cấp, móc nối nhiều ASs lại với • Định tuyến hai mức (Two-level routing): – Intra-AS: người quản trị mạng chịu trách nhiệm lựa chọn giao thức định tuyến bên mạng – Inter-AS: giao thức định tuyến chuẩn cho inter6-89 AS routing BGP Hệ thống cấp bậc AS Internet Internet AS Hierarchy Inter-AS border (exterior gateway) routers Intra-AS interior (gateway) routers 6-90 Định tuyến bên hệ thống tự trị (Intra-AS Routing) • Còn xem Interior Gateway Protocols (IGP) • Các giao thức định tuyến bên hệ thống tự trị phổ biến: – RIP: Routing Information Protocol – OSPF: Open Shortest Path First – IGRP: Interior Gateway Routing Protocol (Cisco proprietary) 6-91 RIP ( Routing Information Protocol) • Giao thức định tuyến theo vector khoảng cách • Được bao gồm phân phối BSD-UNIX vào năm 1982 • Thơng số khoảng cách: số hops (max = 15 hops) – Lý dó sao? • Vector khoảng cách: trao đổi hàng xóm 30 giây qua Response Message (còn gọi quảng cáo advertisement) • Mỗi quảng cáo: danh sách lên đến 25 mạng đích bên hệ thống tự trị 6-92 RIP: Example z w A x D y B C Destination Network w y z x … Next Router Num of hops to dest … A B B 2 Routing table in D 6-93 RIP: Example DstN w x z … Next hops 1 C … w A Advertisement from A to D z x Destination Network w y z x … D y B C Next Router Num of hops to dest … A B B A Routing table in D 2 6-94 RIP: liên kết bị hỏng khơi phục Nếu khơng có quảng cáo nghe sau 180 giây > hàng xóm/liên kết xem chết – tuyến đường qua hàng xóm bị hiệu lực – quảng cáo gởi đến hàng xóm khác – đến lượt mình, hàng xóm gởi quảng cáo (nếu bảng định tuyến bị thay đổi) – thông tin liên kết bị hỏng nhanh chóng lan truyền toàn mạng – kỹ thuật poison reverse sử dụng để ngăn chặn ping-pong loops (infinite distance = 16 hops) 6-95 Tiến trình xây dựng bảng định tuyến RIP • Bảng định tuyến RIP quản lý tiến trình thuộc tầng ứng dụng gọi route-d (daemon) (đang nói RIP implementation nguyên bản) • Các quảng cáo gởi gói UDP, lặp lại theo chu kỳ routed routed Transprt (UDP) network (IP) link physical forwarding table forwarding table Transprt (UDP) network (IP) link physical 6-96 Tóm tắt chương 5: Các nội dung đề cập: • Các dịch vụ tầng mạng • Các nguyên tắc định tuyến: link state distance vector • Định tuyến theo thứ bậc • IPv4 • Các giao thức định tuyến Internet: RIP, OSPF, BGP 6-97 ... giúp xác định đường qua liên mạng • Địa mạng chia làm hai phần: – Phần mạng - Network – Phần trạm - host • Các giao thức mạng khác có cách chia địa mạng thành hai phần mạng trạm riêng (ta thảo luận... chỉ) khơng có tầng mạng làm việc mạng nội nhỏ • Các protocols khơng có tầng mạng sử dụng kiểu địa phẳng (flat addressing scheme) khơng mở rộng tốt 6-16 Địa chỉ: Mạng & Trạm • Địa mạng giúp xác định... hiệu” Tầng liên kết liệu Tầng Vật lý 6-15 Định danh nút mạng • Tầng mạng có trách nhiệm truyền liệu qua tập mạng • Các protocols hỗ trợ cho tầng mạng sử dụng địa có thứ bậc (hierarchical addressing)